JP5333779B2 - Head-up display device - Google Patents

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Description

本発明は、自動車などの操縦者に対して計器情報などの各種情報を視覚的に提供するヘッドアップディスプレイ装置に関するものである。   The present invention relates to a head-up display device that visually provides various types of information such as instrument information to a driver of an automobile or the like.

従来、自動車などの移動体において、液晶ディスプレイなどにより形成された計器情報、ナビゲーション装置における地図情報などの各種情報映像を、フロントウィンドウに投影し、操縦者に情報を伝達するヘッドアップディスプレイ装置が知られている。特許文献1、特許文献2には、車両にこのようなヘッドアップディスプレイ装置を用いることについての開示がみられる。   2. Description of the Related Art Conventionally, a head-up display device that projects various information images such as instrument information formed by a liquid crystal display and map information in a navigation device on a front window in a moving body such as an automobile and transmits the information to a driver is known. It has been. Patent Documents 1 and 2 disclose the use of such a head-up display device in a vehicle.

特許文献1には、発光表示手段から情報を含む光を窓ガラスに向けて発し、表示像を観測者に視認させる乗り物用表示システムにおいて、光の表示像を窓ガラス上に結像させるものが記載されている。この乗り物用表示システムによれば、観測者が視認する表示像は実像となるため、従来の虚像を用いた表示システムと比較して、動歪みが全く生じない表示システムを提供することが可能となっている。   Patent Document 1 discloses a vehicle display system that emits light including information from a light-emitting display unit toward a window glass, and causes a viewer to visually recognize the display image, and forms a light display image on the window glass. Have been described. According to this vehicle display system, since the display image visually recognized by the observer is a real image, it is possible to provide a display system that does not cause any dynamic distortion as compared with a display system using a conventional virtual image. It has become.

特許文献2には、ヘッドアップディスプレイ装置におけるコンバイナとして、反射回折により拡散光を再生する透明なホログラムを用いることが開示されている。このようなホログラムを用いたコンバイナを用いることで、非常に高い平面性が要求されることなく、ボケが少なく、しかも明るい再生像を観察できるコンバイナ、そして、ヘッドアップディプレイ装置を提供することが可能となる。   Patent Document 2 discloses the use of a transparent hologram that reproduces diffused light by reflection diffraction as a combiner in a head-up display device. By using a combiner using such a hologram, it is possible to provide a combiner and a head-up display device that can observe a bright reproduced image with less blur without requiring very high flatness. It becomes possible.

ここで、図11、図12を用いて、ヘッドアップディスプレイ装置の一実施形態を簡単に紹介する。図11はヘッドアップディスプレイ装置の各種構成をインストルメントパネル内に組み込んだ場合の実施形態である。液晶表示パネル上には、車両の計器情報や、ナビゲーション装置からの地図情報などの映像情報が出力表示される。液晶表示パネル背面には光源としてのバックライトが設置され、液晶表示パネルを背面から照射することで、光学系拡大素子としての凹面ミラーに液晶表示パネルに形成される映像を照射する。凹面ミラーで反射、拡大された映像はフロントウィンドウ又はフロントウィンドウ上に設けた透過性反射板の内側に投影される。   Here, an embodiment of the head-up display device will be briefly introduced with reference to FIGS. 11 and 12. FIG. 11 shows an embodiment in which various configurations of a head-up display device are incorporated in an instrument panel. Video information such as vehicle instrument information and map information from the navigation device is output and displayed on the liquid crystal display panel. A backlight as a light source is installed on the back surface of the liquid crystal display panel. By irradiating the liquid crystal display panel from the back surface, an image formed on the liquid crystal display panel is irradiated onto a concave mirror as an optical system enlarging element. The image reflected and enlarged by the concave mirror is projected on the inside of the front window or a transmissive reflector provided on the front window.

操縦者は、フロントウィンドウ前方に位置する表示像(虚像)を車外の景色と同時に視認することができる。また、表示像までの距離(距離L)をできるだけ遠方にすることで、操縦者は少ない焦点位置の移動量で計器情報や地図情報などの映像情報を確認することができる。   The operator can view the display image (virtual image) located in front of the front window at the same time as the scenery outside the vehicle. In addition, by setting the distance to the display image (distance L) as far as possible, the operator can check video information such as instrument information and map information with a small amount of movement of the focal position.

図12は、車両運転席背後からの様子を示した図であり、フロントウィンドウの破線で囲んだ表示範囲内に各種の映像情報が映し出され、運転者はインストルメントパネル内に配置されている各種計器類などに視線を落とさなくても、車両の運転に注意を払いながら映像による各種情報を取得することができる。   FIG. 12 is a view showing the state from behind the vehicle driver's seat, in which various types of video information are displayed within a display range surrounded by a broken line in the front window, and the driver has various types of information arranged in the instrument panel. It is possible to obtain various information by video while paying attention to driving the vehicle without dropping the line of sight to the instruments.

特開平8−91094号公報JP-A-8-91094 特開平9−179058号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-179058

特許文献2に開示されているように、コンバイナにホログラム、いわゆる、ホログラフィック光学素子を用いることで、従来のハーフミラーや偏光ビームスプリッターを用いる場合と比べ、外界光を損なわない高いシースルー性と、明るい映像表示を両立させることが可能となる。また、ホログラフィック光学素子にレンズ機能(光学拡大機能)を持たせることで、表示映像を拡大することが可能となり、システム構成の簡素化、小型化も可能となる。   As disclosed in Patent Document 2, by using a hologram, a so-called holographic optical element, as a combiner, compared to the case of using a conventional half mirror or polarizing beam splitter, high see-through property that does not impair external light, It is possible to achieve both bright video display. Further, by providing the holographic optical element with a lens function (optical enlargement function), it is possible to enlarge a display image, and it is possible to simplify and downsize the system configuration.

コンバイナとしてホログラフィック光学素子を用いた場合、広い領域の映像表示を確保するためには、面積の大きいホログラフィック光学素子が必要となる。しかしながら、現状、ホログラフィック光学素子は、生産コストや歩留まりの点などから、大型(大判)のものを製作することが困難である。   When a holographic optical element is used as a combiner, a holographic optical element having a large area is required to ensure a wide area image display. However, at present, it is difficult to manufacture large (large) holographic optical elements from the viewpoint of production cost and yield.

また、ホログラフィック光学素子は、フロントウィンドウなどに貼付(固定)されて用いられるため、位置調整を行うことが困難であり、観察者の体格差、あるいは、体勢の状況によって生じる観察位置の変化に対応することが困難となっている。このような場合においても、面積の大きいホログラフィック光学素子を利用できれば観察位置の拡大、すなわち、可視領域の拡大を図ることが可能ではあるが、前述のように大型のホログラフィック光学素子を調達することは、現状、困難な状況である。   In addition, since the holographic optical element is used by being attached (fixed) to a front window or the like, it is difficult to adjust the position, and it is difficult to adjust the position of the observer due to the difference in the physical size of the observer or the situation of the posture. It has become difficult to respond. Even in such a case, if a holographic optical element having a large area can be used, the observation position can be expanded, that is, the visible region can be expanded. However, as described above, a large holographic optical element is procured. This is a difficult situation at present.

上記課題を解決するため、本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、複数のホログラフィック素子の一部が互いに貼り合わされた重複領域と、貼り合わされていない領域とを有して形成されると共に、観察位置に対向して配設されたホログラフィック光学系と、前記ホログラフィック光学系を形成する複数の前記ホログラフィック素子に対して映像を投
影し、前記観察位置にて遠方に結像する虚像を形成するプロジェクタ部と、を備えたことを特徴としている。
In order to solve the above-described problem, the head-up display device of the present invention is formed to have an overlapping region in which a part of a plurality of holographic elements are bonded to each other and a region that is not bonded, and an observation position. A holographic optical system disposed opposite to the holographic optical system and a plurality of the holographic elements forming the holographic optical system.
And a projector unit that forms a virtual image that shadows and forms an image at a distance from the observation position .

さらに、本発明のヘッドアップディスプレイ装置において、前記ホログラフィック素子は光学拡大機能を有することを特徴とするものである。   Furthermore, in the head-up display device of the present invention, the holographic element has an optical magnification function.

さらに、本発明のヘッドアップディスプレイ装置において、前記ホログラフィック光学系は、前記複数のホログラフィック光学素子が、前記観察位置に位置する観察者に対し、垂直方向に貼り合わされていることを特徴とするものである。   Furthermore, in the head-up display device of the present invention, the holographic optical system is characterized in that the plurality of holographic optical elements are bonded in a vertical direction to an observer positioned at the observation position. Is.

さらに、本発明のヘッドアップディスプレイ装置において、前記ホログラフィック光学系は、前記複数のホログラフィック光学素子が、前記観察位置に位置する観察者に対し、水平方向に貼り合わされていることを特徴とするものである。   Furthermore, in the head-up display device of the present invention, the holographic optical system is characterized in that the plurality of holographic optical elements are bonded in a horizontal direction to an observer located at the observation position. Is.

さらに、本発明のヘッドアップディスプレイ装置において、前記ホログラフィック光学系は、貼り合わされた前記複数のホログラフィック光学素子の回折率が互いに異なることを特徴とするものである。
Furthermore, in the head-up display device of the present invention, the holographic optical system is characterized in that the plurality of bonded holographic optical elements have different diffractivities.

本発明のヘッドアップディスプレイ装置によれば、ホログラフィック光学系を複数のホログラフィック光学素子の一部を互いに貼り合わせて形成することで、ホログラフィック光学系の面積を広く確保することが可能となり、広い領域で画像表示を行うことが可能となるとともに、観察者の可視領域を広く確保することが可能となる。
According to the head-up display device of the present invention, it is possible to secure a wide area of the holographic optical system by forming the holographic optical system by bonding a part of a plurality of holographic optical elements to each other. It is possible to display an image in a wide area and to ensure a wide visible area for the observer.

本発明の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置を示す図。The figure which shows the head-up display apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るプロジェクタ装置を示す図。1 is a diagram showing a projector device according to an embodiment of the present invention. ホログラフィック光学系によるレンズ機能を説明するための図。The figure for demonstrating the lens function by a holographic optical system. ホログラフィック光学系の可視範囲を示す図。The figure which shows the visible range of a holographic optical system. 本発明の実施形態に係るホログラフィック光学系形成の様子を示す図。The figure which shows the mode of holographic optical system formation which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るホログラフィック光学系の可視範囲を示す図。The figure which shows the visible range of the holographic optical system which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るホログラフィック光学系の回折率を説明するための図。The figure for demonstrating the diffraction index of the holographic optical system which concerns on embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態に係るホログラフィック光学系を示す図。The figure which shows the holographic optical system which concerns on other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態に係るホログラフィック光学系を示す図。The figure which shows the holographic optical system which concerns on other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態に係るホログラフィック光学系を示す図。The figure which shows the holographic optical system which concerns on other embodiment of this invention. 従来のヘッドアップディスプレイ装置を示す図。The figure which shows the conventional head-up display apparatus. ヘッドアップディスプレイ装置による車室内での画像表示の様子を示す図。The figure which shows the mode of the image display in the vehicle interior by a head-up display apparatus.

図1は、本発明の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置を示す図であって、自動車に採用された場合が示されている。なお、本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、自動車に限らず、各種乗り物の操縦者に対する表示装置、あるいは、ゲーム機、シミュレーション装置に採用することが可能である。   FIG. 1 is a diagram showing a head-up display device according to an embodiment of the present invention, and shows a case where it is adopted in an automobile. Note that the head-up display device of the present invention is not limited to an automobile, and can be employed in a display device for a driver of various vehicles, a game machine, or a simulation device.

観察者の観察方向には、自動車のフロントウィンドウ21が配置されており、内側にはホログラフィック光学系20が貼付されている。ホログラフィック光学系20は、外界光を損なわないシースルー(透明)性を有するとともに、回折機能を有する光学部材であって、物体光と参照光の干渉パターンを記録することで作成される。本実施形態では、観察位置において、車室外の景色とプロジェクタ装置10の映像情報を重畳して提供するコンバイナとして機能する。   A front window 21 of the automobile is arranged in the observation direction of the observer, and a holographic optical system 20 is stuck inside. The holographic optical system 20 is an optical member having a see-through (transparency) property that does not impair external light and having a diffraction function, and is created by recording an interference pattern of object light and reference light. In this embodiment, it functions as a combiner that superimposes the scenery outside the passenger compartment and the video information of the projector device 10 at the observation position.

プロジェクタ装置10(本発明でいう「プロジェクタ部」)は、入力される各種映像情報に基づいて映像を投影する装置であって、液晶プロジェクタ、DLPプロジェクタ、LCOSプロジェクタなど各種の方式を用いることが可能である。プロジェクタ装置10から投影された映像は、ホログラフィック光学系20で回折し、観察者の観察位置にて遠方に結像する虚像として観察される。観察者、すなわち、操縦者は視線を変動することなく、車室外の景色とプロジェクタ装置10による映像情報を視認可能となる。また、本実施形態では、プロジェクタ装置10の焦点距離を可変することにより、結像距離を変化させることが可能となる。これにより、前方車両が近くにある場合などでは結像距離を短く、前方車両が無い、あるいは遠い場合は結像距離を長く伸ばすなど、状況により操縦者の焦点距離を大きく変動させずに映像情報を視認可能にさせる。   The projector device 10 (“projector unit” in the present invention) is a device that projects an image based on various types of input video information, and can use various methods such as a liquid crystal projector, a DLP projector, and an LCOS projector. It is. The image projected from the projector device 10 is diffracted by the holographic optical system 20 and is observed as a virtual image that forms an image far away at the observer's observation position. The observer, that is, the pilot, can visually recognize the scenery outside the passenger compartment and the video information from the projector device 10 without changing the line of sight. In the present embodiment, the imaging distance can be changed by changing the focal length of the projector device 10. As a result, the imaging distance is shortened when the vehicle ahead is near, and the imaging distance is increased when there is no vehicle ahead or far away. Make it visible.

図2は、本発明の実施形態に係るプロジェクタ装置を示す図である。本実施形態では、光源にレーザーを用いるとともに、画像を形成する画像形成部に液晶表示素子を用いた構成としている。レーザー光源11は、レーザー半導体112、発散光学系111などを含んで構成される光源装置であって、レーザー半導体112から放射された出力光を、発散光学系111にて所定の照射断面形状に揃えて外部に出力する。   FIG. 2 is a diagram showing a projector apparatus according to the embodiment of the present invention. In the present embodiment, a laser is used as a light source, and a liquid crystal display element is used in an image forming unit that forms an image. The laser light source 11 is a light source device including a laser semiconductor 112, a diverging optical system 111, and the like, and the output light radiated from the laser semiconductor 112 is aligned in a predetermined irradiation cross-sectional shape by the diverging optical system 111. Output to the outside.

レーザー光源11から出力された出力光は、ビームエキスパンダ12にて、バックライトとして必要な面積に調整された後、画像形成部13の背後に照射される。本実施形態では、この画像形成部13として、液晶表示素子131を用いた液晶表示手段が採用されて
いる。レーザー光源11の出力光は、拡散板132にて強度分布が均一となるように調整された後、液晶表示素子131に形成された画像を背後から照射して、プロジェクション光学系14を介して投影像を形成する。
The output light output from the laser light source 11 is adjusted to a necessary area as a backlight by the beam expander 12 and then irradiated to the back of the image forming unit 13. In the present embodiment, a liquid crystal display unit using a liquid crystal display element 131 is employed as the image forming unit 13. The output light of the laser light source 11 is adjusted by the diffusion plate 132 so that the intensity distribution is uniform, and then the image formed on the liquid crystal display element 131 is irradiated from behind and projected through the projection optical system 14. Form an image.

観察者は、この投影像をホログラフィック光学系20を介して観察することとなる。これは、ホログラフィック光学系20が有する偏光機能により可能となるものであるが、ホログラフィック光学系20にレンズ機能(光学拡大機能)を持たせることで、観察者に大きな映像を提供することができるとともに、プロジェクタ装置10内のプロジェクション光学系14の小型化を図り、プロジェクタ装置10自体の小型化を図ることも可能となる。   An observer observes this projection image through the holographic optical system 20. This is made possible by the polarization function of the holographic optical system 20, but by providing the holographic optical system 20 with a lens function (optical magnification function), it is possible to provide a large image to the observer. In addition, the projection optical system 14 in the projector apparatus 10 can be downsized, and the projector apparatus 10 itself can be downsized.

図3は、このようなレンズ機能を持たせたホログラフィック光学系を説明するための図である。ホログラフィック光学系20は、高いシースルー性を有しているため、外来光はほとんど損失のないままこのホログラフィック光学系20を透過する。一方、プロジェクション装置10から発せられた入射光(再生光)は、ホログラフィック光学系20にて所定方向に回折する。回折光が集光点に向けて回折するようホログラフィック光学系20を製作することでレンズ機能(光学拡大機能)を持たせることが可能となる。   FIG. 3 is a diagram for explaining a holographic optical system having such a lens function. Since the holographic optical system 20 has high see-through properties, extraneous light passes through the holographic optical system 20 with almost no loss. On the other hand, incident light (reproduced light) emitted from the projection apparatus 10 is diffracted in a predetermined direction by the holographic optical system 20. By manufacturing the holographic optical system 20 so that the diffracted light is diffracted toward the condensing point, a lens function (optical magnification function) can be provided.

図4は、ホログラフィック光学系の可視範囲を説明するための図である。図4(a)に示すように観察者の視点がホログラフィック光学系20に収まっている場合には、プロジェクション装置10にて形成される映像を観察者に提供することが可能となる。しかしながら、観察者の体格差(この場合、身長が主となる)や、シートへの着座状況などによる体勢差によって、図4(b)、図4(c)に示されるように、観察者の視点がホログラフィック光学系20からはみ出す場合には、可視範囲が見切れた状態となってしまい、プロジェクション装置10にて形成される映像が正常に視認することができなくなってしまう。特に、ホログラフィック光学系20は、フロントウィンドウ21などに固定されて用いられるため、その位置調整を行うことができないため、このような体格差や体勢差による調整が困難となっている。   FIG. 4 is a diagram for explaining the visible range of the holographic optical system. When the observer's viewpoint is within the holographic optical system 20 as shown in FIG. 4A, an image formed by the projection device 10 can be provided to the observer. However, as shown in FIG. 4 (b) and FIG. 4 (c), the observer's physique difference (in this case, the height is mainly) and the posture difference due to the seating situation on the seat, etc. When the viewpoint protrudes from the holographic optical system 20, the visible range becomes incomplete, and the image formed by the projection device 10 cannot be normally viewed. In particular, since the holographic optical system 20 is used by being fixed to the front window 21 or the like, the position adjustment cannot be performed, and thus it is difficult to adjust due to such a physique difference or a posture difference.

図5は、本発明の実施形態に係るホログラフィック光学系20の形成の様子を示した図であって、図5(a)には正面図が、図5(b)には側面図が示されている。本実施形態では、2枚のホログラフィック光学素子20a、20bの一部を互いに貼り合わすことでホログラフィック光学系20が形成されており、1枚で形成した場合と比較して広い領域を確保することが可能となっている。本実施形態で利用するホログラフィック光学素子は、凹面鏡としての役割、すなわち、レンズ機能(光学拡大機能)を果たすものであり、このような役割を果たすものであれば、いかなるホログラフィック光学素子を用いても良い。   FIGS. 5A and 5B are diagrams showing how the holographic optical system 20 according to the embodiment of the present invention is formed. FIG. 5A shows a front view and FIG. 5B shows a side view. Has been. In the present embodiment, a part of the two holographic optical elements 20a and 20b are bonded to each other to form the holographic optical system 20, and a wider area is secured as compared with the case where the single holographic optical element 20a and 20b are formed. It is possible. The holographic optical element used in the present embodiment plays a role as a concave mirror, that is, a lens function (optical magnification function). Any holographic optical element can be used as long as it plays such a role. May be.

図5(b)の側面図には、フロントウィンドウ21の内側(車室側)には、ホログラフィック光学系20が貼付される様子が示されている。このように本実施形態では、ホログラフィック光学系20をフロントウィンドウ21の内側に貼付することとしているが、その配設位置はこの形態に限られるものではなく、フロントウィンドウ21の外側に貼付されるものであってもよいし、フロントウィンドウ21を2枚の透明基材で形成し、両透明基材の間に挟まれて配設されるものであってもよい。また、ホログラフィック光学系20の配設対象についても、フロントウィンドウ21のみならず、フロントウィンドウ21とは別途設けられた透明基材とするものであってもよい。   The side view of FIG. 5B shows a state where the holographic optical system 20 is affixed inside the front window 21 (vehicle compartment side). As described above, in the present embodiment, the holographic optical system 20 is attached to the inside of the front window 21, but the arrangement position is not limited to this form, and is attached to the outside of the front window 21. The front window 21 may be formed of two transparent base materials and may be sandwiched and disposed between the two transparent base materials. Further, the holographic optical system 20 may be disposed on a transparent base material provided separately from the front window 21 as well as the front window 21.

ホログラフィック光学系20は、2枚のホログラフィック光学素子20a、20bが高さ方向(Y軸方向)において重複領域を有するように互いに貼り合わされて形成されている。本実施形態では、上方に位置するホログラフィック光学素子20bに下方に位置する
ホログラフィック光学素子20aが重なるように貼り合わされる形態となっている。本実施形態における各ホログラフィック光学素子20a、20bは、その形状、大きさ、光学特性が同じものを用いることとしているが、これらについては異なるものが用いられることとしてもよい。特に、光学特性については、その回折率を異ならせることで重複領域における視認性の向上を図ることが可能となる。
The holographic optical system 20 is formed by bonding two holographic optical elements 20a and 20b to each other so as to have an overlapping region in the height direction (Y-axis direction). In the present embodiment, the holographic optical element 20a positioned below is bonded to the holographic optical element 20b positioned above so as to overlap. The holographic optical elements 20a and 20b in the present embodiment use the same shape, size, and optical characteristics, but different elements may be used. In particular, regarding the optical characteristics, it is possible to improve the visibility in the overlapping region by changing the diffraction index.

このように2枚のホログラフィック光学素子20a、20bは、互いに重なるように貼り合わされることで重複領域が形成されることになる。各ホログラフィック光学素子20a、20bは、元々、1枚毎で機能するように光学特性が与えられているため、この重複領域においては、本来の光学特性とは異なることとなってしまう。しかしながら、図1で説明したように、本実施形態のヘッドアップディスプレイ装置は、十分遠方で結像する像を観察するよう構成されているため、2つの光学特性が重なった場合であっても視覚的な違和感は少ない。   As described above, the two holographic optical elements 20a and 20b are bonded to each other so that an overlapping region is formed. Since each holographic optical element 20a, 20b is originally provided with optical characteristics so as to function one by one, this overlap region is different from the original optical characteristics. However, as described with reference to FIG. 1, the head-up display device of this embodiment is configured to observe an image formed at a sufficiently far distance, so that even if two optical characteristics overlap, it is visually There is little sense of incongruity.

ホログラフィック光学系20の面積拡大を図るためには、重複領域を設けずに複数のホログラフィック光学素子20a、20bを並べて配設することも検討できるが、ホログラフィック光学素子20a、20bを隙間無く配設することは非常に困難であって、生じた隙間においては、十分遠方で結像した像であっても視覚上の違和感は比較的大きいものとなってしまう。特に、ホログラフィック光学素子20a、20b間で視点移動を行った場合、生じた隙間における違和感は大きく、この隙間、すなわち、実際のホログラフィック光学系20の配置位置に焦点を合わせてしまう場合もある。そのため本実施形態では、このようにホログラフィック光学素子20a、20bを互いに貼り合わせ、あえて重複領域を形成することで、ホログラフィック光学系20の拡大を図ることとしている。   In order to increase the area of the holographic optical system 20, it is possible to consider arranging a plurality of holographic optical elements 20a and 20b side by side without providing an overlapping region, but the holographic optical elements 20a and 20b can be arranged without gaps. It is very difficult to dispose, and in the generated gap, even if the image is formed sufficiently far away, the visual discomfort is relatively large. In particular, when the viewpoint is moved between the holographic optical elements 20a and 20b, the sense of incongruity in the generated gap is large, and the gap, that is, the actual arrangement position of the holographic optical system 20 may be focused. . For this reason, in the present embodiment, the holographic optical system 20 is expanded by sticking the holographic optical elements 20a and 20b to each other and forming an overlapping region.

このように本実施形態によれば、製造コストを抑えつつ大きな面積を有するホログラフィック光学系20を提供することが可能となる。また、図5(a)の正面図に示されるように一方のホログラフィック光学系20a上の点Aから、他方のホログラフィック光学系20b上の点Bに視点を移動させる場合においても、スムースに視点移動を行うことが可能となっている。   Thus, according to the present embodiment, it is possible to provide the holographic optical system 20 having a large area while suppressing the manufacturing cost. Further, as shown in the front view of FIG. 5 (a), even when the viewpoint is moved from the point A on one holographic optical system 20a to the point B on the other holographic optical system 20b, it is smooth. It is possible to move the viewpoint.

図6は、本発明の実施形態に係るホログラフィック光学系の可視範囲を示す図である。図5で説明したようにホログラフィック光学系20は、2枚のホログラフィック光学素子20a、20bで形成されているため、領域の拡大を図ることが可能となっている。また、本実施形態では、観察位置に位置する観察者に対し、垂直方向に貼り合わされているため、観察者の体格差や体勢差による視点位置の変更に柔軟に対応することが可能となっている。図6(a)〜図6(c)に示されるように、同じ位置に貼付されたホログラフィック光学系20であっても、その面積拡大を図ることで、観察者の視点が変化した場合においても視点をホログラフィック光学系20内に収めることが可能となる。   FIG. 6 is a view showing a visible range of the holographic optical system according to the embodiment of the present invention. As described with reference to FIG. 5, the holographic optical system 20 is formed of two holographic optical elements 20 a and 20 b, so that the area can be expanded. Further, in the present embodiment, since it is attached in the vertical direction to the observer located at the observation position, it is possible to flexibly cope with a change in the viewpoint position due to the difference in the physique or the posture of the observer. Yes. As shown in FIG. 6A to FIG. 6C, even when the holographic optical system 20 is stuck at the same position, by expanding the area, the observer's viewpoint changes. The viewpoint can be stored in the holographic optical system 20.

図7は、本発明の実施形態に係るホログラフィック光学系の回折率を説明するための図である。この図は、図5(b)の側面図において重複領域を拡大した図となっている。図中左側から入射するプロジェクタ装置10から発せられた入射光は、第1のホログラフィック光学素子20aで回折光aを生じる。一方、第1のホログラフィック光学素子20aを透過した透過光aは、第2のホログラフィック光学素子20bにて回折光bを生じるとともに、透過光bを通過させる。図中ではホログラフィック光学素子20a、20bは同じ光学特性であり、回折光aと回折光bは平行光のまま操縦者に視認される為、論理的には画像は二重にぶれてゴーストのように視認されるはずである。しかし実際はホログラフィック光学素子が非常に薄いものであるため、回折光aと回折光bのずれは非常に小さく操縦者からは問題なく視認可能である。   FIG. 7 is a diagram for explaining the diffraction index of the holographic optical system according to the embodiment of the present invention. This figure is an enlarged view of the overlapping region in the side view of FIG. Incident light emitted from the projector device 10 incident from the left side in the figure generates diffracted light a by the first holographic optical element 20a. On the other hand, the transmitted light a that has passed through the first holographic optical element 20a generates diffracted light b at the second holographic optical element 20b and transmits the transmitted light b. In the drawing, the holographic optical elements 20a and 20b have the same optical characteristics, and the diffracted light a and the diffracted light b are viewed by the pilot as parallel light. Should be visually recognized. However, since the holographic optical element is actually very thin, the difference between the diffracted light a and the diffracted light b is very small and can be visually recognized by the operator without any problem.

本実施形態では、2つのホログラフィック光学素子20a、20bとして同じ光学特性を用いることとしているが、好ましくは、この重複領域の重複関係において、ホログラフィック光学素子20a、20bの回折率を異ならせるとよい。具体的には、入射光側(図中左側、入射光に対して前面となる位置)に位置し、ホログラフィック光学系を構成する一方のホログラフィック光学素子20aの回折率(入射光に対するホログラフィック光学素子20aの回折光aのパワー比)を、入射光のホログラフィック光学素子20aからの透過光側に位置(図中右側、透過光aに対して前面となる位置)し、ホログラフィック光学系を構成する他方のホログラフィック光学素子20bの回折率(透過光aに対するホログラフィック光学素子20bの回折光bのパワー比)よりも低くしておくことで、重複領域においてより違和感の少ない像を提供することが可能となる。さらに、観測者から見て、回折光aと回折光bのパワー比を同等にするように設計することでホログラフィック光学素子20aとホログラフィック光学素子20bの重複領域だけでなく、ホログラフィック光学系20全体においても、さらに違和感の少ない像を提供することが可能となる。   In the present embodiment, the same optical characteristics are used as the two holographic optical elements 20a and 20b. Preferably, however, the holographic optical elements 20a and 20b have different diffractive indexes in the overlapping relationship of the overlapping regions. Good. Specifically, the diffractive index of one holographic optical element 20a (holographic with respect to incident light) that is located on the incident light side (left side in the figure, the front surface with respect to the incident light) and that constitutes the holographic optical system. The power ratio of the diffracted light a of the optical element 20a is positioned on the transmitted light side of the incident light from the holographic optical element 20a (the right side in the figure, the position on the front side with respect to the transmitted light a), and the holographic optical system By making the refractive index lower than the diffractive index of the other holographic optical element 20b constituting the power (the power ratio of the diffracted light b of the holographic optical element 20b to the transmitted light a), an image with less discomfort can be provided in the overlapping region. It becomes possible to do. Further, as viewed from the observer, the power ratio of the diffracted light a and the diffracted light b is designed to be equal, so that not only the overlapping region of the holographic optical element 20a and the holographic optical element 20b but also the holographic optical system. Even in the whole 20, it is possible to provide an image with less discomfort.

この複数のホログラフィック光学素子20a、20bにおける回折率の相違は、各ホログラフィック光学素子20a、20b全体で異なるものであっても、あるいは、重複領域のみ異なるものとしてもよい。重複領域のみ異なるようにできれば、各ホログラフィック光学素子20a、20bが単独で存在する部分において回折率を揃えることで、ホログラフィック光学系20全体での違和感を抑えることが可能となる。一方、各ホログラフィック光学素子20a、20bの回折率を異ならせた場合には、1枚のホログラフィック光学素子20a、20内で回折率を変化させる必要が無いため、汎用のホログラフィック光学素子を用いることが可能となり製造コストが抑えられる。   The difference in diffraction index between the plurality of holographic optical elements 20a and 20b may be different in each of the holographic optical elements 20a and 20b, or may be different only in the overlapping region. If only the overlapping regions can be made different, it is possible to suppress a sense of incongruity in the entire holographic optical system 20 by aligning the diffractive index in the portion where each holographic optical element 20a, 20b exists independently. On the other hand, if the holographic optical elements 20a and 20b have different diffractive indexes, there is no need to change the diffractive index in one holographic optical element 20a and 20, so that a general-purpose holographic optical element is used. It can be used and the manufacturing cost can be reduced.

なお、本実施形態では2枚のホログラフィック光学素子20a、20bが重ね合わされた場合について説明したが、3枚以上重ね合わされた場合においても、観察位置から結像側に向かうに従って回折率が大きくなるようにすることで、重複領域に形成される像の違和感を減少させることが可能となる。   In the present embodiment, the case where two holographic optical elements 20a and 20b are overlapped has been described. However, even when three or more holographic optical elements are overlapped, the diffraction rate increases from the observation position toward the imaging side. By doing so, it is possible to reduce the uncomfortable feeling of the image formed in the overlapping region.

以上、図5〜図7を用いて本発明の実施形態に係るホログラフィック光学系を説明したが、本発明によれば、観察者が観察する観察象の違和感を抑えつつ、簡易な構成でホログラフィック光学系の領域拡大を図ることが可能となる。特に、本実施形態では、観察位置に位置する観察者に対し、垂直方向に貼り合わせたことで、観察者の体格差や体勢差に柔軟に対応することが可能となっている。   As described above, the holographic optical system according to the embodiment of the present invention has been described with reference to FIGS. 5 to 7. However, according to the present invention, the holographic optical system according to the embodiment of the present invention can be reduced with a simple configuration while suppressing the uncomfortable feeling of the observed elephant. It is possible to expand the area of the graphic optical system. In particular, in the present embodiment, it is possible to flexibly deal with the difference in the physique and the posture of the observer by attaching the observer positioned at the observation position in the vertical direction.

図8〜図10は、本発明の他の実施形態に係るホログラフィック光学系を示す図である。図5で説明した実施形態では2枚のホログラフィック光学素子を垂直方向に貼り合わせて形成したが、この形態に限ることなく他の形態を採用することも可能である。   8 to 10 are diagrams showing a holographic optical system according to another embodiment of the present invention. In the embodiment described with reference to FIG. 5, two holographic optical elements are bonded in the vertical direction. However, the present invention is not limited to this form, and other forms can be adopted.

図8は、3枚のホログラフィック光学素子20a〜20cを、図5と同様、垂直方向に貼り合わせた実施形態であり、このような実施形態によれば更なるホログラフィック光学系20の拡大を図ることが可能となる。   FIG. 8 shows an embodiment in which three holographic optical elements 20a to 20c are bonded in the vertical direction as in FIG. 5. According to such an embodiment, the holographic optical system 20 can be further expanded. It becomes possible to plan.

図9は、2枚のホログラフィック光学素子20a、20bを、観察位置に位置する観察者に対し、水平方向(図5におけるX方向)に貼り合わせた実施形態である。このような実施形態によれば、観察者の左右方向の姿勢の移動に対しても可視範囲が見切れず視認させることが可能となる。また、観察者の水平方向に映像の拡大を図ることが可能となり、観察者に対し、より多くの情報を提供することが可能となる。さらに、より多くのホログラフィック光学素子を同様に並べることで、複数の観察者に対し表示を視認させることも可能となる。   FIG. 9 shows an embodiment in which two holographic optical elements 20a and 20b are bonded in the horizontal direction (X direction in FIG. 5) to an observer located at the observation position. According to such an embodiment, the visible range can be visually recognized even when the observer moves in the horizontal direction. Further, it is possible to enlarge the image in the horizontal direction of the observer, and it is possible to provide more information to the observer. Further, by arranging more holographic optical elements in the same manner, it becomes possible to make the display visible to a plurality of observers.

図10は、4枚のホログラフィック光学素子20a〜20dを4枚貼り合わせた実施形態となっている。このような実施形態によれば、観察者の垂直方向、水平方向の両方に対して観察領域の拡大を図ることが可能となり、観察者の体格差、体勢差に柔軟な対応を図ることが可能となるとともに、観察者に対してより多くの情報を提供することが可能となる。   FIG. 10 shows an embodiment in which four holographic optical elements 20a to 20d are bonded together. According to such an embodiment, it is possible to expand the observation area in both the vertical and horizontal directions of the observer, and it is possible to flexibly deal with the difference in the physique and posture of the observer And more information can be provided to the observer.

以上、図8〜図10を用いてホログラフィック光学系20の他の実施形態について説明を行ったが、これら実施形態のみならず、ホログラフィック光学素子20a〜20dは、適宜重複形態を採用することが可能である。また、それぞれのホログラフィック光学素子20a〜20dの形状、光学特性についても異なるものを用いることとしても構わない。   As mentioned above, although other embodiment of the holographic optical system 20 was described using FIGS. 8-10, not only these embodiments but the holographic optical elements 20a-20d employ | adopt a duplication form suitably. Is possible. Also, different shapes and optical characteristics of the holographic optical elements 20a to 20d may be used.

なお、本発明はこれらの実施形態のみに限られるものではなく、それぞれの実施形態の構成を適宜組み合わせて構成した実施形態も本発明の範疇となるものである。   Note that the present invention is not limited to these embodiments, and embodiments configured by appropriately combining the configurations of the respective embodiments also fall within the scope of the present invention.

10…プロジェクタ装置、11…レーザー光源、111…発散光学系、112…レーザー半導体、12…ビームエキスパンダ、13…画像形成部、131…液晶表示素子、132…拡散板、14…プロジェクション光学系、20…ホログラフィック光学系、20a〜20d…ホログラフィック光学素子、21…フロントウィンドウ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Projector apparatus, 11 ... Laser light source, 111 ... Divergence optical system, 112 ... Laser semiconductor, 12 ... Beam expander, 13 ... Image forming part, 131 ... Liquid crystal display element, 132 ... Diffusing plate, 14 ... Projection optical system, 20 ... Holographic optical system, 20a to 20d ... Holographic optical element, 21 ... Front window

Claims (4)

複数のホログラフィック素子の一部が互いに貼り合わされた重複領域と、貼り合わされていない領域とを有して形成されると共に、観察位置に対向して配設されたホログラフィック光学系と、
前記ホログラフィック光学系を形成する複数の前記ホログラフィック素子に対して映像を投影し、前記観察位置にて遠方に結像する虚像を形成するプロジェクタ部と、を備えたことを特徴とする
ヘッドアップディスプレイ装置。
A holographic optical system that is formed to have an overlapping region in which a part of a plurality of holographic elements are bonded to each other and a region that is not bonded, and that is disposed to face an observation position;
A projector unit that projects a video onto the plurality of holographic elements forming the holographic optical system and forms a virtual image that forms a distant image at the observation position. Display device.
前記ホログラフィック素子は光学拡大機能を有することを特徴とする
請求項1に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
The head-up display device according to claim 1, wherein the holographic element has an optical magnification function.
前記ホログラフィック光学系は、前記複数のホログラフィック光学素子が、前記観察位置に位置する観察者に対し、垂直方向に貼り合わされていることを特徴とする
請求項1または請求項2に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
3. The head according to claim 1, wherein the holographic optical system is configured such that the plurality of holographic optical elements are bonded in a vertical direction to an observer located at the observation position. Up display device.
前記ホログラフィック光学系は、前記複数のホログラフィック光学素子が、前記観察位置に位置する観察者に対し、水平方向に貼り合わされていることを特徴とする
請求項1から請求項3の何れか1項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
The holographic optical system is characterized in that the plurality of holographic optical elements are bonded in a horizontal direction to an observer located at the observation position. The head-up display device according to Item.
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